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"PROCEDE DE FABRICATION D'UN ADSORBANT COMPRENANT DU
CARBONE, DU FER ET DE L'OXYDE DE FER"
La présente invention a trait à la fabrication d'un produit ayant un pouvoir d'adsorption très élevé et consis- tant en un mélange de charbon, de fer et d'oxyde de fer.
L'invention consiste à faire passer un gaz contenant du CO au travers et au-dessus d'oxyde de fer finement divi- sé à une température par laquelle l'oxyde de fer est ré- duit pour une grande partie, mais nullement dans son entier, le mélange formé de fer et d'oxydes de fer servant de sup- port d'oxygène à l'aide duquel une molécule de CO est oxydée aux dépens de l'autre, de sorte que d'une part, du carbone est séparé et du COê est formé et que, d'autre part, le fer ou l'oxyde de fer est alternativement oxydé et réduit ou réduit et oxydé respectivement et prend, par
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suite, une part active à la réaction et, comme tel, est également présent dans le produit final
Ce qui se passe peut probablement être exprime comme suit :
La première réaction qui se produit rapidement et qui n'est pas réversible est :
EMI2.1
'3e05 + 00 = 2 Fe304 + 002 (1) Ensuite apparait:
EMI2.2
A une température déterminée, par exemple 375 C., cet équilibre sera possible avec une relation déterminée entre COê et CO.
Si la concentration de CO est trop grande, le Fe3O4 sera alors entièrementréduitet la réaction sera:
EMI2.3
Dans ce cas aussi l'équilibre dépend de la proportion existant entre CO et.CO.ê
Lorsqu'on fait passer un gaz riche en CO sur de l'oxyde de fer, les réactions (2) et (3) se produisent im- média'tement et s'il n'e se produit rien ensuite, ces réac- tions s'effectuent entièrement comme indiqué de gauche à droite, en raison de la fourniture continue de 00 frais jusqu'à ce que tous les oxydes de fer soient réduits. Le CO passerait alors inchangé.
Les réactions qui suivent se produisent cependant maintenant :
Fe + CO = C + FeO (4) et éventuellement:
EMI2.4
3l<'e 0 + GO = C + Fe:3 0 4 (5)
Les réactions ne sont pratiquementpas réversibles pour la température existante, de sorte qu'on obtient en
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EMI3.1
Fe0+ CO = Fe . C02 ( 3 )
Fe + CO = FeO+ C (4) c'est-à-dire qu'il se reforme du FeO et que (3) réapparait
La somme de ces réactions est 2CO = COê + C .
Le résultat est qu'avec le passage continu de CO sur le fer et l'oxyde de fer, COê continue à être formé et une certaine relation apparait dans le gaz entre C02 et CO, - cette relation dépendant des vitesses des réactions (3) et (4).
Si la teneur en COê est relativement élevée, la ré- action (2) et probablement (5) peuvent apparaitre aussi maintenant, la somme de ces réactions venant aussi de nou- veau de 2CO = COê + C et, de cette façon, un équilibre peut être formé ent're toutes les réactions qui se produisent.Le mélange de' fer et d'oxydes de fer travaille ainsi apparem- ment d'une manière catalytique, mais le fait qu'il n'existe pas' de catalyse réelle'dans ce cas, ressort de ce que la conversion 200 # COê+ C ne se produit jamais'tant que l'équilibre de cette réaction soit atteint, mais même pour le courant de' gaz le plus lent reste à une relation entre CO et COê correspondant à l'équilibre du fer pour la tem- pérature et la pression régnantes.
D'autre part, cet équilibre est déjà atteint pour des vitesses de gaz considérables et semble n'être que peu dépendant de la vitesse du gaz, lorsqu'il existe un con- tact suffisant des gaz avec la masse de contact finement divisée. Pratiquement 45 à 65 % de C02 peuvent être obte- nus dans les gaz finale. Cette teneur régulière prouve
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aussi qu'il n'existe pas, dans ce cas, de catalyse propre- ment dite .
La gamme de températures dans laquelle la réaction se produit d'une manière satisfaisante est-, assez étroite.- mentlimitée entre 350 et 450 C et dépend aussi. naturelle- ment de la concentration de CO et de COê dans les gaz uti- lisés.
Dans les cas où le fer ou les oxydes de fer prennent une part essentielle à la réaction, il est clair que le carbone formé est formé en liaison très étroite avec le fer et en outre que la réaction s'effectue plus complètement et plus facilementplus l'oxyde de fer est aisémentet mieux accessible au gaz . Or, le carbone formé est cause lui-même que le contact entre la masse fereusè et le gaz devient de plus en plus difficile et au fur et à mesure que la formation de carbone s'accroît la réaction devient plus lente et plus incomplète.
On a trouvé qu'il ne faut.pas avoir peur de conta- miner la matière de contact, ce qui dans d'autres cas no- tamment dans celui d'une catalyse réelle, constitue toujours la grande difficulté dans les réactions catalytiques.
On peut appliquer des gaz, de gazogènes même non pu- rifiés et il n'y a pas besoin d'apporter un soin particu- lier à la purification des gaz pour l'application sur une grande échelle. On peyt appliquer également d'autres gaz contenant du CO, tels que le gaz à l'eau.
Lorsqu'une température satisfaisante pour l'équili- bre de Fe-C-O peut être facilement maintenue, la plus gran- de difficulté est de réaliser un contact suffisant et même abondant entre la phase gazeuse et la matière de contact consistant en fer et en oxyde de fer. C'est pour cette raison que la masse de contact est finement distribuée sur
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des supports volumineux contenant du carbone.En partant de supports de ce genre, on n'amène pas de matière étran- gère dans le produit final. Grâce à la séparation du car- bone, lesparticules croissent régulièrement et il se for- me des agglomérés qui peuvent être pulvérisés pour diffé- rentes applications.
De cette façon on peut obtenir un produit contenant ,environ 85 % de carbone et dans les gaz finis, on peut atteindre une conversion de 60 à 65 % du CO,
La présence de vapeurs d'eau dans le gaz est cependant nuisible du fait que des hydrocarbures sont alors formés et le rendement en carbone diminue, les qualités du produit n'étant pas aussi bonnes. D'autre part, la présence d'hy.- drogène n'est pas sensiblement nuisible.
La matière de contact nécessaire pour la réaction peut avantageusement être obtenue en distribuant une suspension aqueuse d'oxydes ou d'hydrates de fer finement divisée sur de la matière solide contenant du carbone, par exemple du charbon de bois, de la laine de bois, du foin ou matière analogue et en séchant la suspension sur cette matière.
Lorsqu'on fait passer les gaz sur ces supports organiques, ceux-ci sont carbonisés, mais la fine répartition du con- tact avec le fer persiste.
L'exemple suivant sert à faire 'comprendre l'inven- tion:
Le récipient de réaction est rempli de laine de bois qui a été trempée dans une suspens'ion aqueuse d'oxyde de fer. La concentration de cette suspension peut être choisie entre des limites très larges et dépend quelque peu de la nature de la laine de boms qui, à son tour, estfonction des dimensions du récipient de réaction et doit avoir uns fermeté telle que le squelette du charbon de bois formé par elle soit suffisamment solide par lui-même pour rester
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debout dans le récipient. Le préférence, la'quantité de laine de bois appliquée est aussi petite qu'il est prati- quement possible, de façon qu'il y ait aussi peu de char- bon de bois que possible sous le carbone séparé par la réaction.
Une suspension d'oxydes de fer d'une concentra- tion de 20 à 40 % s'est montrée appropriée dans la plupart des cas.
La vitesse à laquelle on peut faire passer les gaz au travers de la masse, à la température requise dépend par- ticulièrement des dimensions du récipient et est réglée de façon que la durée du contact du gaz avec la matière de remplissage (laine de bois trempée dans l'oxyde de fer) s'élève à environ 20 à 50 secondes (calculée pour du gaz 'froid) et que cette durée augmente au fur et à mesure que s'effectue la séparation du aarbone. On peut obtenir de cette façon 'dans le gaz lui-même' une teneur d'environ 60% de COê (pourcentage du volume total de CO + COê).
Il est désirable, pour l'application industrielle, de conduire la réaction dans un certain nombre de réci- pients de réaction montés en série, de sorte que le der- nier récipient chargé de laine de bois fraîche est traver- sé par les gaz chaude épuisés et les produits de distilla- tion de la laine de bois sont déchargés, avec ces gaz,avant que la séparation de carbone actif commence. Le cette façon la qualité du carbone actif n'est pas influencée défavora- blement par les produits de la distillation de la laine de bois.
On peut poursuivre la réaction de la manière indiquée ci-dessus jusqu'à ce que le produit final contienne 80 à 90 % de carbone. Il résulte du mode de préparation du pro- duit qu'il doit comprendre un mélange très intime de car- bone, de fer et d'oxyde de fer.
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Les efforts qui ont été faits pour séparer les compo- san ts à l'aide de procédés physiques n' ont eu aucun succès .
La séparation à l'aide d'un électro-aimant alimenté soit par du courant continu, soit par du courant alterna- tif, n'a pas été réalisée, le seul résultat perceptible a été une diminution générale de la perméabilité magnétique, sans toutefois aucune action sélective appréoiable.
On a aussi essayé d'effectuer la séparation à l'aide d'un appareil classeur dans lequel on faisait passer len- tement 'une suspension aqueuse du produit . Dans ce cas, la séparation aurait été basée sur la grande différence existant entre les poids spécifiques des composants. Mais on n'a même pas obtenu dans ce cas non plus une purification graduelle. Il n'existait aucunedifférence considérable entre la pureté du premier et du dernier échantillon.
On a vainement essayé en outre d'effectuer une séparation magnétique dans une suspension aqueuse. On n'a pas obtenu non plus de résultat satisfaisant dans une sus- pension alcaline
Le résultat négatif de toutes ces expériences montre que le produit est un mélange très homogène et contient des divisions extrêmement fines dont la séparation en ses composants à l'aide de simples moyens physiques rencontre de grandes difficultés.
'Cette division homogène et ex- tr$mement fine de la matière de contact dans le produit a été constatée aussi au cours de nombreuses expériences d'incinération Une explication de cette liaison étroite /des composants résulte de la réaction elle-même dans la- quelle chaque, molécule de carbone qui est formée exige le contact immédiat avec une molécule de fer et s'accroît,par suite, avec cette dernière, de la manière la plus intime.
Seuls les procédés chimiques de séparation des com-
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posanis et la préparation d'un carbone plus ou moins pur ont été trouvés possibles.
Pour la plupart des applications, il n'est,toutefois nullement nécessaire de séparer le produit et de préparer du carbone pur à l'aide de ce produit,mais le mélange tel qu'il est obtenu présente des avantages pratiques
La principale application.du produit est un adsorbant, il présente les qualités d'un carbone actif et peut être appliqué par exemple pour décolorer des liquides organiques tels que des jus sucrés. Il est .désirable, pour ,cette appli- cation, de réaliser la teneur maximum .en carbone.
D'autre part, la teneur en fer du produit présente l'avantage que la masse entière peut être séparée magnéti- quement et la filtration de l'adsorbant de la solution est de ce fait rendue plus aisée.
Le produit est susceptible égalementd'application comme pigment. Après pulvérisation, il constitue un très bon pigment noir pour la préparation de cirage, d'encre de Chine ou ma- tières analogues.
Une autre application du produit est comme agent de recarburation ou de cementation . Dans certains procédés mé- tallurgiques, il est désirable de restituer au fer le carbo- ne qui a été oxydé au cours de l'opération d'affinage, à l'aide de carbone exempt de Soufre, de Phosphore et autres composants nuisibles. Les fbrmes du produit qui sont relati- vment riches en Fer se prêtent particulièrement à cette application puisque le fer agit favorablement en provoquant le mélange.
Le produiz se prête également admirablement à la fa- brication d'électrodes pour foure électriques., car la teneur en fer peut être réglée et est distribuée d'une manière homo- gène dans la masse . On obtient ainsi une électrode solide n
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ayant''une grande conductibilité
Une autre application importante du produit consiste à s'en servir cornue matière de remplissage pour la fabri- cation d'articles en caoutchouc. Dans ce cas-, il présente ¯au noir de fumée généralement ¯¯-lez appliqué actuellement..